9、实时场景编译为时序自动机

实时场景编译为时序自动机

1. 引言

实时反应系统需在严格的时间约束下与环境交互。对这类系统进行形式化规范是一项颇具挑战的任务，许多设计师为避免麻烦，会直接从非形式化规范进入到实现阶段。然而，这样做会使设计错误的检测变得困难，系统的可靠性也难以评估，进而增加开发成本。

场景是一种自然的方式来指定系统与环境的交互。由于场景仅描述系统的部分行为，使用场景可以降低系统规范的复杂性。本文的主要动机是通过自动化规范过程中的一些活动，简化实时反应系统的规范。具体方法是从一组给定的场景中合成一个可执行的规范，最终的系统规范以时序自动机的形式呈现。

大多数基于场景的方法主要集中在系统开发过程的需求获取阶段。不同的场景方法可以基于多个标准进行比较，如输入场景的形式主义、场景集成方法及其目标形式主义。其中，场景集成方法是最重要的标准，因为任何方法都基于此。场景集成的主要挑战在于如何刻画场景的步骤，以便在其他场景中识别相同步骤的出现。一些方法使用手动标记来识别场景步骤，而本文使用定义系统状态的变量值来刻画场景步骤，考虑了离散变量（描述系统属性）和连续变量（时钟，用于测量时间）。

2. 预备知识

2.1 时序自动机

时序自动机（TA）模型使用密集时间模型进行定时控制。TA 是一种扩展的标记转换系统，具有有限数量的实变量，称为时钟。时钟值以相同的速率增加。设 H 是时钟变量的集合，Φ(H) 是时钟约束的集合。每个时钟约束 φ ∈ Φ(H) 由特定的语法定义。时钟解释 θ 是从 H 到非负实数集的映射。对于每个 θ ∈ Θ(H) 和时钟约束 φ ∈ Φ(H)，φ(θ) 是一个布尔值，表示 θ 是否满足 φ。

每个时序自动